캡슐화 (encapsulation)

일반적으로 우리 생활에서 어떤 정보와 어떤 종류의 작업은 개념적으로 서로 연관되어 있음을 많이 접한다. 이러한 연관된 정보와 작업 또는 기능을 하나로 묶는 것은 자연스런 과정이다. 예를 들어 대학교의 인사관리에서는 학생들의 이름, 주소, 학번, 전공 들의 정보를 유지하며 학생들에 관해 가능한 작업인 평점 계산, 주소변경, 과목신청 들의 기능들을 생각할 수 있다. 이러한 정보와 정보 처리에 필요한 작업, 즉 기능들은 모두 학생에 관한 것이므로 학생이라는 테두리로 묶어두는 것이 자연스러운 것이다. 이렇게 연관된 사항들을 하나로 묶는 것을 캡슐화(encapsulation)라고 한다.
프로그램상에서의 캡슐화의 의미는 프로그램 분석자나 설계자가 주어진 문제를 데이타와 함수들의 세부사항들은 개발의 차후단계에서 정의하고, 객체라는 덩어리 단위로 문제에 대해 생각하게 하는 추상화의 수단을 제공하는 데 있다.

속성 상속(inheritance)

속성 상속이라는 개념 역시 우리의 일상 생활에서 흔히 사용하는 개념을 프로그램으로 표현하기 위한 편리한 수단이다. 어떤 객체의 종류, 즉 클래스는 좀 더 세분화하여 분류할 수가 있는데 이렇게 세분화된 종류나 유형을 subtype 혹은 subclass라고 한다.
객체지향 프로그래밍에서 "속성 상속"은 새로운 클래스를 정의할 때 모든 것은 처음부터 다 정의하는 것이 아니라 이미 존재하는 유사한 클래스를 바탕으로 하여 필요한 속성만 추가하여 정의하는 경제적인 방법을 의미한다. 이 때 새로이 생기는 클래스를 subclass라 하고 그 바탕이 되는 클래스를 superclass라 한다. 이렇게 하면 클래스들 사이에서 공통으로 가지는 특성, 즉 데이타 구조나 함수들은 중복하여 정의하는 일을 줄일 수 있을 뿐 아니라, 특성을 수정하거나 추가시에 superclass의 정의만 고치면 그 subclass들도 변경된 속성을 자동적으로 상속받게 되므로 매우 편리하다.

다형성(Polymorphism)

객체 지향 프로그램의 중요한 특징으로 하나의 함수 이름이나 심볼이 여러 목적으로 사용될 수 있는 다형성(Polymorphism)을 들 수 있다. 객체 지향에서의 다형성이란, 복수의 클래스가 하나의 메세지에 대해 각 클래스가 가지고 있는 고유한 방법으로 응답할 수 있는 능력을 말한다. 즉, 별개로 정의된 클래스들이 ㅌ은 이름의 함수를 별도로 가지고 있어 하나의 메세지에 대해 각기 다른 방법으로 그 메세지를 수행할 수 있는 것을 의미한다. 예를 들어, 여러 가지 화일(file)들을 프린트 하는 함수를 생각해 보자. 화일에는 간단한 텍스트 화일(text file), 문서 편집기로 만든 포멧 화일(format file), 그래픽을 포함하는 화일(file with graphics) 등 여러 가지가 있다. 이들 각각의 화일들은 프린트 하는 방법이 모두 다르다, 객체 지향에서는 아래처럼 각 종류의 화일을 별도의 클래스로 정의하고, 각각의 화일 종류별로 Print라는 함수를 화일의 형태에 맞게 구현한다.

~cpp 
Text file -> Print();
Formatted file -> Print();
File with graphics -> Print();

이렇게 생성된 화일 객체들은 모두 Print라는 메세지를 이해하며, 각 화일의 종류에 알맞게 프린트 할 수 있다. 이렇듯 다형성은 같은 이름의 함수를 여러 클래스가 각 클래스에 알맞게 달리 정의하고 같은 이름의 메세지에 응답할 수 있게 해준다.

정보 은폐 (infomation hiding)

정보 은폐란 캡슐속에 쌓여진 항목에 대한 정보를 외부에 감추는 것을 의미한다. 즉, 처리하려는 데이타 구조와 함수에 사용된 알고리즘 들을 외부에서 직접 접근하지 못하도록 하고 캡슐 내부의 함수들만이 접근하게 된다. 객체지향에 관한 서적이나 논문에서 이 두가지 개념이 중요시 소개되는 것은 바로 객체라는 것이 캡슐화와 정보 은폐의 원리를 실제의 프로그래밍 언어에서 실현한 것이기때문이다.
객체와 객체 사이의 정보 교환은 외부에 공개하고자 하는 일련의 정보를 public interface로 정의해 외부에 객체들이 이 Interface를 통해서 그 객체와 정보를 교환하도록 한다. 즉, 한 객체의 Public Interface를 그 객체가 "무슨 일을 할 수 있다. 혹은 이 정보는 공개할 수 있다."라고 외부에 선언하는 것이다.
이 Public Interface는 언어에 따라 표현 양식이 다른데, C++에서는 "public"이란 특별 구문을 두어 "public"란에 들어간 항목들만 외부에 공개된다. Effel이란 언어에서는 "export"라는 란에 지정된 항목들만 외부에 공개된다. 앞에서 정의한 POINT라는 객체 정의를 보면 move와 setcolor의 함수들이 외부에서 관찰될 수 있는 public interface임을 알 수 있다. 여기서 한가지 유의할 점은 move와 setcolor라는 함수들이 외부에 보여져 불리워질 수 있는 함수들이라는 것이며 각 함수가 가지고 있는 코드나 알고리즘까지 보여지는 것은 아니라는 것이다. 한 함수가 외부에 보여지는 부분을 signature라고 하며 하나의 signature는 함수의 이름, 입력 매개변수(input parameter)와 출력 매개변수(output parameter)로 구성되어 있다.
위에서 살펴볼 캡슐화와 정보 은폐의 이점은 우선 객체 내부의 은폐된 데이타 구조가 변하더라도 주변 객체들에게 영향을 주지 않는다는 것이다. 예로서, 어떤 변수의 구조를 배열(array)구조에서 리스트(list) 구조로 바꾸더라도 프로그램의 다른 부분에 전혀 영향을 미치지 않는다. 또한 어떤 함수에 사용된 알고리즘을 바꾸더라도 signature만 바꾸지 않으면 외부 객체들에게 영향을 주지 않는다. 예를 들어, sorting 함수의 경우 처음 사용된 sequence sorting 알고리즘에서 quick sorting 알고리즘으로 바뀔때 외부에 어떤 영향도 주지 않는다. 이러한 장점을 유지보수 용이성(maintainability) 혹은 확장성(extendability)이라 한다.

추상 클래스(Abstract Class)

클래스 중에는 인스턴스(instance)를 만들어 낼 목적이 아니라 subclass들의 공통된 특성을 추출하여 묘사하기 위한 클래스가 있는데, 이를 추상 클래스(Abstract class, Virtual class)라 한다. 변수들을 정의하고 함수중 일부는 완전히 구현하지 않고, Signature만을 정의한 것들이 있다. 이들을 추상 함수(Abstract function)라 부르며, 이들은 후에 subclass를 정의할 때에 그 클래스의 목적에 맞게 완전히 구현된다. 이 때 추상 클래스의 한 subclass가 상속받은 모든 추상 함수들을 완전히 구현했을 때, 이를 완전 클래스(Concrete class)라고 부른다. 이 완전 클래스는 인스턴스를 만들어 낼 수 있다.
추상 클래스의 예로서 프린터 소프트웨어를 생각해 보자. 우선 모든 종류의 프린터들이 공통으로 가지는 특성을 정의한 추상 클래스 "Printer"가 있다고 한다면, 여기에는 프린터의 상태를 나타내는 변수, 프린터의 속도 등의 변수가 있으며 함수로는 프린팅을 수행하는 Print 등을 생각할 수 있다. 그러나 프린터마다(Dot matrix printer, Laser printer, Ink jet printer) 프린팅 하는 방법이 다르므로 이 추상 클래스 안에서는 Print라는 함수를 완전히 구현할 수 없다. 다만, 여기에는 Print 추상 함수의 Signature만 가지고 있으며, 실제의 구현은 여러 subclass에서 각 프린터 종류에 알맞게 하면 된다.
"Printer"라는 클래스는 추상 클래스로서 실존의 어떤 프린터 기능을 가지고 있지 않고, dot matrix printer나 laser printer 등의 완전 클래스들 간의 공통된 특성만 지정하고 있으므로, 그 인스턴스를 만드는 것은 무의미하다. 추상 클래스는 점진적 개발 방법(Incremental Development)에 유용하게 사용될 수 있으며, 공통 속성(attribute)의 추출 및 정의에 유용하므로 문제를 모델링하는데 편리함을 더해준다.